Termodinámica y simulaciones cuánticas en trampas de iones

En esta tesis se estudian fundamentos de termodinámica en sistemas cuánticos lineales. Se desarrolla una teoría general que permite estudiar procesos periódicos sobre redes armónicas acopladas a entornos bosónicos. Se muestra cómo las leyes usuales de la termodinámica clásica emergen a partir de la dinámica determinista del sistema. Además, los resultados obtenidos son utilizados para estudiar procesos termodinámicos en situaciones arbitrariamente alejadas del equilibrio térmico y del límite termodinámico. El formalismo desarrollado aquí es exacto y no requiere de ciertas aproximaciones que son comunmente usadas en la literatura (acoplamiento débil y dinámica Markoviana). Esto permite entender cuáles son las consecuencias de utilizar estas aproximaciones, y establecer precisamente el rango en el que pueden ser aplicadas, lo cuál es de utilidad en otros modelos donde una solución exacta no es posible. Este desarrollo también aclara ciertas confusiones existentes en la literatura respecto de la versión dinámica de la tercera ley de la termodinámica, dado que se obtiene una demostración novedosa de la validez de esta ley para una familia general de máquinas térmicas. Por último, se proponen experimentos en sistemas de iones atrapados para simular procesos de transporte de energía y transiciones de fase en materiales magnéticos